核心素养导向下的“水分子的跨膜运输”课例分析

王丽

[摘要]以生物学学科核心素养为导向，对“水分子的跨膜运输”进行教学设计，通过自制渗透演示装置，结合问题层层引导，密切联系生活实际，突破了探究性实验设计的难点。

[关键词]核心素养;水分子;跨膜运输;渗透作用

[中图分类号]

G633.91

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-6058（2020）17-0093-02

生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习中逐渐发展起来的，在解决真实情景中的实际问题时所表现出来的必备品格和关键能力，其中包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面…。本文主要以核心素养为导向，对“水分子的跨膜运输”一课进行教学设计。

一、教材分析

“水分子的跨膜运输”是苏教版高中生物学教材必修1《分子与细胞》第三章第二节《物质的跨膜运输》第1课时的内容，在学习了细胞膜、细胞器等结构以后，学生已经初步了解生物膜的结构和功能，在基础知识方面为本节课的学习做好了铺垫，本节课的学习也为第2课时的学习奠定了基础。

二、教学目标

（1）通过自制鸡蛋卵壳的实验了解半透膜的特点，阐述渗透作用的原理。

（2）通过哺乳动物红细胞吸水和失水的实验现象，推测植物细胞失水与吸水的内因与外因。

（3）通过质壁分离实验，认同成熟植物细胞是一个渗透系统，养成科学严谨的思维习惯。

（4）通过同伴讨论、积极思考、交流合作，培养团结协作的科学探究精神。

三、教学准备

多媒体课件;组织生物兴趣小组学生用洗净的鸡蛋制作卵壳膜，录制操作视频;制作分别浸于清水、糖水、萝卜汁中的三组萝卜条;准备0.3 g/mL蔗糖溶液、红墨水、牛奶吸管、保鲜膜两小块、烧杯若干。

四、教学过程

1.创设情境，自制装置，激发探究欲望

视频展示用鸡蛋制作卵壳膜的过程：先将鸡蛋尖端敲开小孔，倒掉蛋清蛋黄，在网端小心敲碎蛋壳，掀开蛋壳露出卵壳膜。让学生分组用此方法制作卵壳膜，每小组选取制作成功的一个实物模型，倒入一定浓度的蔗糖溶液，引起学生的疑问：卵壳膜处会不会有液体漏出？

2.对照实验，探究渗透作用及发生条件

（1）半透膜的特点

学生观察发现在卵壳膜处有液体流出，引发疑问：装入蔗糖溶液的蛋壳渗出的是清水还是蔗糖溶液？让学生用干净吸管先后蘸取膜外与膜内的液体并品尝，学生尝出滲出卵壳膜的液体不甜，而里面的蔗糖溶液是甜的，进一步产生疑问：为什么水分子可以透过卵壳膜，而蔗糖分子却不能？师生共同总结卵壳膜的特点：允许水分子透过，不允许蔗糖分子透过。科学研究中将这类膜称为“半透膜”，如膀胱膜、鱼膘等。半透膜具有“允许小分子透过，不允许大分子透过”的特性。

设计意图：从生活食材鸡蛋入手，对鸡蛋的卵壳膜进行实验探究，激起学生的学习兴趣，激发学生的好奇心。通过对渗出卵壳膜的液体进行研究，得出半透膜的特点。

（2）渗透的概念及发生条件

教师指导学生分组实验，在上述盛有蔗糖溶液的蛋壳内滴加两滴红墨水混匀，用保鲜膜封闭蛋壳开孔处，并在小孑L处插入牛奶吸管，用透明胶适当加以固定;将蛋壳装置放在盛有清水的小烧杯中，并使清水液面与蛋壳内的液面基本持平（如图1）。学生观察现象，引发疑问：为什么吸管的液面会上升？结合生活感知，学生推测蛋壳内溶液浓度大，从烧杯中吸水。

教师播放科学家模拟分子进出半透膜的动画。学生观察现象并总结出单位时间内通过半透膜进入的水分子比出来的多，即水往“高”处流（从溶液浓度低的一侧流向高的一侧，即水分子由相对数日多的一侧流向相对数日少的一侧）。师生共同总结“渗透”的概念。

教师提问：如果用纱布代替卵壳膜，液面还会上升吗？如果烧杯中放的是蛋壳内等浓度的溶液，液面还会上升吗？学生讨论得出渗透发生的两个条件：半透膜、膜两侧具有浓度差。

设计意图：通过简单、易操作、现象明显的小实验，让学生从观察现象中得出渗透作用发生的条件。

3.探究动物细胞的吸水与失水

教师基于上述实验探究，提出问题：细胞是一个渗透系统吗？带领学生回顾之前学习的动植物细胞结构的相关知识。学生做出假设：动物细胞是渗透系统，细胞膜类似于半透膜。教师展示科学家关于将等量的哺乳动物的红细胞分别放在清水、高浓度盐水、与细胞内液浓度相当的盐水中一段时间哺乳动物成熟的红细胞实验图片，学生观察比较实验后的红细胞形态变化，得出结论：动物细胞能发生渗透吸水和失水，细胞膜相当于半透膜。教师结合生活实例提问：输液时为什么用质量分数为0.9%的生理盐水？师生共同总结出“动物细胞可以看作是一个渗透系统”，并总结动物细胞发生渗透失水与吸水的条件。

4.探究植物细胞的吸水与失水

教师将兴趣小组的萝卜条实验在课堂上展示，引导学生观察实验现象：浸在清水中的萝卜条变大硬挺，烧杯中的液体变少;浸在浓盐水中的萝卜条变小软缩，烧杯中的液体变多;浸在萝卜汁中的萝卜条保持正常形态和硬度，烧杯中的萝卜汁体积无变化。学生联想生活中凉拌黄瓜和凉拌西红柿时盘子里液体增多的现象，分析得出：植物能够发生吸水和失水。进一步提问：如何探究植物细胞的吸水与失水呢？

教师展示成熟植物细胞图，学生回顾相关细胞结构，提出植物细胞吸水与失水方面的问题，如植物细胞在什么情况下会失水、吸水？植物细胞中的什么结构充当半透膜？动物细胞和植物细胞的吸水、失水情况是否完全一样？尝试运用已验证的知识做出假设。例如，植物的原生质层相当于半透膜，当原生质层两侧溶液（细胞液与外界溶液）具有浓度差时，就能发生渗透吸水与失水的现象。组织学生交流，设计实验并预测实验现象。通过制作洋葱紫色的鳞片叶外表皮装片，分别观察正常情况下、0.3 g/m L蔗糖溶液中、清水中的细胞中液泡的大小、颜色、原生质层与细胞壁的位置等，比较分析，得出结论，验证假设，师生共同总结植物细胞失水与吸水的外因和内因。

五、教学评析

本节课从利用鸡蛋自制渗透模型导入，课堂演示实验，创设问题情境，指导学生观察生物学现象，结合实验过程和模拟动画，了解生物体结构和半透膜的特性，形成结构与功能观念，体现了生物学学科核心素养中“生命观念”的渗透。

通过观察分析兴趣小组的萝卜条实验及生活中凉拌菜、烧苗等现象，引导学生发现问题，以“观察现象一提出问题一做出假设一设计实验一进行实验一分析现象一得出结论一进一步探究”为主线，探究植物细胞的吸水与失水，提高学生运用科学思维解决生物学问题的能力。

[参考文献]

[l]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]程锐创.“渗透作用”的实验探究教学设计与实施[J].生物学通报，2016（8）：24-27.

（责任编辑 黄春香）